JP2003178877A

JP2003178877A - 発光素子

Info

Publication number: JP2003178877A
Application number: JP2001377105A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Tsujioka; 強辻岡
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】端面発光強度を向上させることが可能な発光素
子を提供する。【解決手段】この発光素子は、ガラス基板１上に形成さ
れた反射膜陽極２と、反射膜陽極２上に、発光波長で決
まる定在波４０の節４０ａに相当する位置に配置された
発光層４と、発光層４上に形成された反射層を兼ねる陰
極６とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、発光素子に関
し、より特定的には、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセ
ンス）素子などの発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報機器の多様化に伴い、従来か
ら一般に使用されているＣＲＴに比べて消費電力の少な
い平面表示素子のニーズが高まっている。その中で、高
効率、薄型・軽量、視野角依存性がないなどの特長を有
する有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機Ｅ
Ｌ素子という）を用いたディスプレイの研究開発が活発
に行われている。図１１は、従来の端面発光型の有機Ｅ
Ｌ素子を示した断面図である。

【０００３】図１１を参照して、従来の端面発光型の有
機ＥＬ素子では、ガラス基板１０１上に、反射膜陽極１
０２が形成されている。反射膜陽極１０２上には、ホー
ル注入・輸送層１０３が形成されている。ホール注入・
輸送層１０３上には、有機層からなる発光層１０４が形
成されている。発光層１０４上には、電子輸送層１０５
が形成されている。電子輸送層１０５上には、反射層を
兼ねた陰極１０６が形成されている。

【０００４】上記のような構成を有する従来の有機ＥＬ
素子では、電子注入電極としての陰極１０６と、ホール
注入電極としての反射膜陽極１０２とからそれぞれ電子
とホールとを発光層１０４の内部へと注入することによ
って、電子およびホールを発光中心で再結合させて有機
分子を励起状態にする。そして、この有機分子が励起状
態から基底状態へと戻る時に蛍光を発光する。この有機
ＥＬ素子では、発光材料である蛍光物質を選択すること
によって、発光色を変化させることができるので、フル
カラーの小型ディスプレイ装置への応用が進んでいる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の端面発光型の有機ＥＬ素子では、横方向（端面
方向）の光のみならず上下方向の光も横方向の光と同様
に発生するため、その分、横方向の光が弱められるとい
う不都合があった。このため、横方向の光の強度を増加
するのが困難であり、その結果、端面発光強度を増加す
るのは困難であるという問題点があった。

【０００６】また、従来の端面発光型の有機ＥＬ素子で
は、端面発光強度の増強に加えて、発光スペクトルを狭
くすることも要求されている。

【０００７】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の１つの目的は、
端面発光強度を向上させることが可能な発光素子を提供
することである。

【０００８】この発明のもう１つの目的は、上記の発光
素子において、発光スペクトルを狭くすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１における発光素
子は、基板上に形成された第１反射層と、第１反射層上
に、発光波長で決まる定在波の節に相当する位置に配置
され発光層と、発光層上に形成された第２反射層とを備
えている。

【００１０】請求項１では、上記のように、発光層が第
１反射層と第２反射層とによって挟まれた微小共振器構
造において、発光層を発光波長で決まる定在波の節に相
当する位置に配置することによって、垂直方向への発光
が抑制されるので、その分、面内方向（端面方向）への
発光を増強することができる。これにより、端面発光強
度を向上させることができる。

【００１１】請求項２における発光素子は、請求項１の
構成において、発光層と第１反射層との間に形成され、
発光波長λに対してｎ₁の屈折率を有するとともに、実
質的にλ／２ｎ₁の厚みを有する第１有機層と、発光層
と第２反射層との間に形成され、発光波長λに対してｎ
₂の屈折率を有するとともに、実質的にλ／２ｎ₂の厚み
を有する第２有機層とをさらに備えている。請求項２で
は、このように構成することによって、発光層と第１反
射層との距離を実質的にλ／２ｎ₁にすることができる
とともに、発光層と第２反射層との距離を実質的にλ／
２ｎ₂にすることができるので、容易に、発光層を発光
波長で決まる定在波の節に相当する位置に配置すること
ができる。

【００１２】請求項３における発光素子は、請求項１ま
たは２の構成において、発光層は、発光層の表面と平行
な方向に屈折率の異なる部分を周期的に有する。請求項
３では、このように構成することによって、特定波長に
対する反射防止条件（透過条件）が形成されるので、そ
の屈折率の異なる部分は、特定波長の光のみを透過す
る。これにより、特定波長のみからなる発光スペクトル
を得ることができるので、発光スペクトルの幅を狭くす
ることができる。

【００１３】請求項４における発光素子は、請求項３の
構成において、周期的に屈折率の異なる部分は、発光層
の屈折率をｎ、発光層の発光波長をλとすると、λ／２
ｎのピッチで形成されている。請求項４では、このよう
に構成することによって、容易に、特定波長に対する反
射防止条件（透過条件）を形成することができる。

【００１４】請求項５における発光素子は、請求項３ま
たは４の構成において、屈折率の異なる部分は、線状ま
たは点状に設けられている。請求項５では、このように
構成することによって、屈折率の異なる部分を線状に設
けた場合には、その線状の部分に対して垂直な方向に進
む光のうちの特定波長の光を透過することができる。ま
た、屈折率の異なる部分を点状に設けた場合には、直角
な２方向に進む光のうちの特定波長の光を透過すること
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に基づいて説明する。

【００１６】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態による端面発光型の有機ＥＬ素子の概念を説明す
るための概略図であり、図２は、本発明の第１実施形態
による端面発光型の有機ＥＬ素子の構造を示した斜視図
である。

【００１７】まず、図１を参照して、第１実施形態によ
る端面発光型の有機ＥＬ素子の概念について説明する。
第１実施形態による有機ＥＬ素子では、ガラス基板１上
に、反射膜陽極２が形成されている。反射膜陽極２上に
は、ホール注入・輸送層３が形成されている。ホール注
入・輸送層３上には、発光層４が形成されている。発光
層４上には、電子注入層５が形成されている。電子注入
層５上には、反射膜を兼ねた陰極６が形成されている。

【００１８】なお、ガラス基板１は、本発明の「基板」
の一例であり、反射膜陽極２は、本発明の「第１反射
層」の一例である。また、ホール注入・輸送層３は、本
発明の「第１有機層」の一例であり、電子注入層５は、
本発明の「第２有機層」の一例である。また、陰極６
は、本発明の「第２反射層」の一例である。

【００１９】ここで、第１実施形態では、発光層４と反
射膜陽極２との距離と、発光層４と陰極６との距離とを
制御することによって、発光層４を、発光波長で決まる
定在波４０の節４０ａに相当する位置に配置する。この
場合、発光層４と反射膜陽極２との距離と、発光層４と
陰極６との距離とは、それぞれ、ホール注入・輸送層３
の膜厚の膜厚と、電子輸送層５の膜厚とを調整すること
によって制御する。すなわち、発光層４と反射膜陽極２
との距離と、発光層４と陰極６との距離とが、λ／２ｎ
となるように、それぞれ、ホール注入・輸送層３の膜厚
と、電子輸送層５の膜厚とを設定する。この場合のλ
は、発光波長であり、ｎは、発光波長λにおける各材料
の屈折率である。

【００２０】なお、反射膜陽極２および陰極６の反射面
での光の位相変化がある場合には、それを考慮して、ホ
ール注入・輸送層３および電子輸送層５の膜厚の多少
（１０％程度）の変更が必要な場合もある。

【００２１】第１実施形態では、上記のように、発光層
４を、発光波長で決まる定在波４０の節４０ａに相当す
る位置に配置することによって、定在波４０の節４０ａ
では、真空場のゆらぎが起こらないので、ゆらぎによる
フォトン（光子）がない。このため、フォトンに刺激さ
れて発生される自然発光が垂直方向に起こらない。この
場合、端面方向（横方向）への発光は、普通の真空場と
同じ確率で発生する。したがって、発光層４を定在波４
０の節４０ａに相当する位置に配置すれば、垂直方向へ
の発光が抑制されるので、その分、面内方向（端面方
向）への発光を増強することができる。これにより、端
面発光強度を向上させることができる。

【００２２】上記した第１実施形態による端面発光型の
有機ＥＬ素子の概念に基づき、実際に、図２に示すよう
な端面発光型の有機ＥＬ素子を作製した。具体的には、
図２に示すように、真空蒸着法を用いて、ガラス基板１
上に、２００ｎｍの厚みを有する金（Ａｕ）からなる反
射膜陽極２を形成した。そして、その反射膜陽極２上
に、真空蒸着法を用いて、ＣｕＰｃからなる５ｎｍの厚
みを有するホール注入層と、ＮＰＢからなる９０ｎｍの
厚みを有するホール輸送層とを順次形成することによっ
て、９５ｎｍの厚みを有するホール注入・輸送層３を形
成した。さらに、真空蒸着法を用いて、ホール注入・輸
送層３上に、Ａｌｑ３にキナクリドンを５ｗｔ％（重量
％）でドープした発光層４を２０ｎｍの厚みで形成し
た。

【００２３】また、発光層４上に、真空蒸着法を用い
て、Ａｌｑ３だけからなる電子輸送層５を７０ｎｍの厚
みで形成した。さらに、電子輸送層５上に、真空蒸着法
を用いて、ＭｇＡｇからなる陰極６を２０ｎｍの厚みで
形成した。このようにして、第１実施形態による端面発
光型の有機ＥＬ素子を作製した。この第１実施形態によ
る有機ＥＬ素子は、０．５ｍｍ四方の面積を有するよう
に形成した。なお、上記したホール注入・輸送層３の膜
厚（９５ｎｍ）および電子輸送層５の膜厚（７０ｎｍ）
は、上述したように、λ／２ｎとなるように設定した。

【００２４】なお、ホール注入層を構成するＣｕＰｃの
分子構造は、図３に示されており、ホール輸送層を構成
するＮＰＢの分子構造は、図４に示されている。また、
発光層４および電子輸送層５に含まれるＡｌｑ３の分子
構造は、図５に示されており、発光層４に含まれるキナ
クリドンの分子構造は、図６に示されている。

【００２５】比較例として、図２に示した第１実施形態
の構造と同様の構造で、ホール輸送層の膜厚を４０ｎ
ｍ、電子輸送層５の膜厚を３０ｎｍとした素子を作製し
た。

【００２６】上記第１実施形態の構造と比較例の構造と
において、０．５ｍＡの電流注入を行いながら、側面か
らの発光強度を比較した。その結果、比較例による端面
発光型の有機ＥＬ素子では、発光強度は１００μＷであ
ったのに対し、第１実施形態による端面発光型の有機Ｅ
Ｌ素子では、発光強度が３００μＷと高い値が得られ
た。

【００２７】（第２実施形態）図７は、本発明の第２実
施形態による有機ＥＬ素子を示した斜視図であり、図８
は、図７に示した第２実施形態による有機ＥＬ素子の発
光層部分を示した斜視図である。図７および図８を参照
して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と同
様、発光層１４を発光波長で決まる定在波の節に相当す
る位置に配置することに加えて、さらに、発光層１４に
周期的に屈折率変化構造が設けられている。第２実施形
態のその他の構造は、上記した第１実施形態と同様であ
る。以下、詳細に説明する。

【００２８】この第２実施形態による有機ＥＬ素子で
は、上記第１実施形態と同様、真空蒸着法を用いて、ガ
ラス基板１上に、２００ｎｍの厚みを有する金からなる
反射膜陽極２を形成した。そして、反射膜陽極２上に、
真空蒸着法を用いて、ＣｕＰｃからなる５ｎｍの厚みを
有するホール注入層と、ＮＰＢからなる９０ｎｍの厚み
を有するホール輸送層とを順次形成することによって、
９５ｎｍの厚みを有するホール注入・輸送層３を形成し
た。さらに、ホール注入・輸送層３上に、真空蒸着法を
用いて、Ａｌｑ３にキナクリドンを５ｗｔ％でドープし
た２０ｎｍの厚みを有する発光層１４を形成した。

【００２９】この後、第２実施形態では、発光層１４
に、ファイバープローブからの放射光を利用して、屈折
率の異なる部分（屈折率変化部分）１４ａを線状（ライ
ン状）に形成した。具体的には、紫外光をファイバーに
入射させるとともに、そのファイバープローブからの紫
外光を反射層１４の表面に走査した。この紫外光の走査
により、発光層１４を構成するキナクリドン分子やＡｌ
ｑ３分子を破壊することによって、屈折率が低下した部
分（屈折率変化部分）１４ａを形成した。なお、別の実
験により屈折率を測定したところ、紫外光照射前の屈折
率は、２．５程度であり、紫外光照射後の屈折率は、
２．２にまで低下することが確認された。

【００３０】屈折率が低下したライン状の屈折率変化部
分１４ａのピッチは、λ／２ｎ（ｎは屈折率変化部分１
４ａ以外の発光層１４の屈折率）となるようにした。こ
れにより、発光層１４の面内方向で波長λの発光に対す
る反射防止条件（透過条件）が形成されることになるの
で、ライン状の屈折率変化部分１４ａは、特定波長λの
光のみを透過する。なお、この反射防止条件（透過条
件）は、必ずしも完全でなくてもよい。具体的には、透
過した光に余分な波長が残っていてもよいし、波長λが
多少反射されてもよい。

【００３１】上記のようにライン状の屈折率変化部分１
４ａを形成した後、上記した第１実施形態と同様、発光
層１４上に、真空蒸着法を用いて、Ａｌｑ３のみからな
る７０ｎｍの厚みを有する電子輸送層５と、ＭｇＡｇか
らなる２０ｎｍの厚みを有する陰極６とを順次形成し
た。このようにして、第２実施形態による端面発光型の
有機ＥＬ素子を作製した。なお、この第２実施形態によ
る有機ＥＬ素子は、０．５ｍｍ四方の面積を有するよう
に形成した。

【００３２】上記第２実施形態による端面発光型の有機
ＥＬ素子に対して、０．５ｍＡの電流注入を行いなが
ら、端面からの発光を測定した。その結果、発光方向６
１（図７参照）の発光強度は、２３０μＷであり、第１
実施形態の発光強度（３００μＷ）よりも小さかった。
しかし、第２実施形態による有機ＥＬ素子の発光スペク
トルは、ピーク波長５４０ｎｍで半値幅５０ｎｍであ
り、第１実施形態の半値幅８０ｎｍに比べて大幅に発光
スペクトルを狭くすることができた。その一方、発光方
向６２では、発光スペクトルの半値幅の狭窄化は見られ
なかった。

【００３３】第２実施形態では、上記のように、発光層
４に、発光層４の表面と平行な方向にライン状の屈折率
変化部分１４ａを周期的に設けることによって、ライン
状の屈折率変化部分１４ａと垂直な方向に特定波長に対
する反射防止条件（透過条件）が形成されるので、ライ
ン状の屈折率変化部分１４ａと垂直な方向に進む発光方
向６１の光のうちの特定波長の光を透過することができ
る。その結果、ライン状の屈折率の異なる部分１４ａと
垂直な発光方向６１の発光スペクトルを狭窄化すること
ができる。

【００３４】なお、この第２実施形態においても、上記
第１実施形態と同様、発光層１４を発光波長で決まる定
在波４０の節４０ａに相当する位置に配置することによ
って、垂直方向への発光が抑制されるので、その分、面
内方向への発光を増強することができる。これにより、
端面発光強度を向上させることができる。

【００３５】（第３実施形態）図９は、本発明の第３実
施形態による有機ＥＬ素子の構造を示した斜視図であ
り、図１０は、図９に示した第３実施形態による有機Ｅ
Ｌ素子の発光層部分を示した斜視図である。図９および
図１０を参照して、この第３実施形態では、第１実施形
態と同様、発光層２４を発光波長で決まる定在波の節に
相当する位置に配置することに加えて、発光層に屈折率
の異なる部分を点状（ドット状）に設けた例を示してい
る。第３実施形態のその他の構造は、第１実施形態と同
様である。以下、詳細に説明する。

【００３６】この第３実施形態による有機ＥＬ素子で
は、第１実施形態と同様、ガラス基板１上に、真空蒸着
法を用いて、２００ｎｍの厚みを有する金からなる反射
膜陽極２を形成した。その反射膜陽極２上に、真空蒸着
法を用いて、ＣｕＰｃからなる５ｎｍの厚みを有するホ
ール注入層と、ＮＰＢからなる９０ｎｍの厚みを有する
ホール輸送層とを順次形成することによって、９５ｎｍ
の厚みを有するホール注入・輸送層３を形成した。ホー
ル注入・輸送層３上に、真空蒸着法を用いて、Ａｌｑ３
にキナクリドンを５ｗｔ％でドープした発光層２４を２
０ｎｍの厚みで形成した。

【００３７】この後、第３実施形態では、第２実施形態
と同様のファイバープローブからの放射光を利用して、
図１０に示すように、発光層２４に、屈折率の低下した
屈折率変化部分２４ａをドット状（点状）に形成した。
すなわち、発光層２４に、周期的なドット状の屈折率変
化構造を形成した。この屈折率変化部分２４ａのピッチ
は、λ／２ｎ（ｎは発光層の変化前の屈折率）となるよ
うに形成した。

【００３８】発光層２４にドット状の屈折率変化部分２
４ａを形成した後、発光層２４上に、真空蒸着法を用い
て、Ａｌｑ３のみからなる７０ｎｍの厚みを有する電子
輸送層５と、ＭｇＡｇからなる２０ｎｍの厚みを有する
陰極６とを順次形成することによって、第３実施形態に
よる端面発光型の有機ＥＬ素子を作製した。この第３実
施形態による有機ＥＬ素子は、０．５ｍｍ四方の面積を
有するように形成した。

【００３９】上記第３実施形態による端面発光型の有機
ＥＬ素子に対して、０．５ｍＡの電流注入を行いなが
ら、端面からの発光を測定した。その結果、発光強度は
２００μＷであり、第２実施形態の発光強度（２３０μ
Ｗ）よりも小さかった。しかし、この第３実施形態で
は、発光方向７１および７２の両方向に対して発光スペ
クトルが狭窄化していることが観測された。

【００４０】第３実施形態では、上記のように、発光層
２４に、屈折率の異なる部分２４ａをドット状（点状）
に設けることによって、直角な２方向に進む光の内の特
定波長の光を透過することができるので、直角な発光方
向７１および７２の発光スペクトルの狭窄化を行うこと
ができる。

【００４１】また、この第３実施形態においても、第１
実施形態と同様、発光層２４を、発光波長で決まる定在
波４０の節４０ａに相当する位置に配置することによっ
て、垂直方向への発光が抑制されるので、その分、面内
方向（端面方向）への発光を増強することができる。こ
れにより、端面発光強度を向上させることができる。

【００４２】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明
ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれる。

【００４３】たとえば、上記実施形態では、発光層の周
期的な屈折率変化構造をライン状（線状）またはドット
状（点状）に設けたが、本発明はこれに限らず、ライン
状またはドット状以外の配置で周期的な屈折率変化構造
を発光層に設けるようにしてもよい。

【００４４】また、上記実施形態では、ホール注入層お
よびホール輸送層からなるホール注入・輸送層２を設け
た例を示したが、本発明はこれに限らず、ホール注入層
を設けずにホール輸送層のみを設けるようにしてもよ
い。

【００４５】また、上記実施形態では、本発明の発光素
子を有機ＥＬ素子に適用した例を示したが、本発明はこ
れに限らず、有機ＥＬ素子以外の発光層を含む発光素子
にも適用可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、端面発
光強度を向上させることが可能な発光素子を提供するこ
とができる。さらに、そのような発光素子において、発
光スペクトルの幅を狭くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による端面発光型の有機
ＥＬ素子の概念を説明するための概略図である。

【図２】本発明の第１実施形態による端面発光型の有機
ＥＬ素子の構造を示した斜視図である。

【図３】図２に示した第１実施形態による有機ＥＬ素子
のホール注入層を構成するＣｕＰｃの分子構造を示した
図である。

【図４】図２に示した第１実施形態による有機ＥＬ素子
のホール輸送層を構成するＮＰＢの分子構造を示した図
である。

【図５】図２に示した第１実施形態による有機ＥＬ素子
の電子輸送層および発光層に含まれるＡｌｑ３の分子構
造を示した図である。

【図６】図２に示した第１実施形態による有機ＥＬ素子
の発光層に含まれるキナクリドンの分子構造を示した図
である。

【図７】本発明の第２実施形態による端面発光型の有機
ＥＬ素子の構造を示した斜視図である。

【図８】図７に示した第２実施形態による端面発光型の
有機ＥＬ素子の発光層部分を示した斜視図である。

【図９】本発明の第３実施形態による端面発光型の有機
ＥＬ素子の構造を示した斜視図である。

【図１０】図９に示した第３実施形態による端面発光型
の有機ＥＬ素子の発光層部分を示した斜視図である。

【図１１】従来の端面発光型の有機ＥＬ素子の構造を示
した断面図である。

【符号の説明】

１ガラス基板（基板）２反射膜陽極（第１反射層）３ホール注入・輸送層（第１有機層）４、１４、２４発光層５電子輸送層（第２有機層）６陰極（第２反射層）１４ａ、２４ａ屈折率変化部分４０定在波４０ａ定在波の節

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された第１反射層と、前記第１反射層上に、発光波長で決まる定在波の節に相
当する位置に配置された発光層と、前記発光層上に形成された第２反射層とを備えた、発光
素子。
【請求項２】前記発光層と前記第１反射層との間に形
成され、発光波長λに対してｎ₁の屈折率を有するとと
もに、実質的にλ／２ｎ₁の厚みを有する第１有機層
と、前記発光層と前記第２反射層との間に形成され、前記発
光波長λに対してｎ₂の屈折率を有するとともに、実質
的にλ／２ｎ₂の厚みを有する第２有機層とをさらに備
えた、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】前記発光層は、前記発光層の表面と平行
な方向に屈折率の異なる部分を周期的に有する、請求項
１または２に記載の発光素子。
【請求項４】前記周期的に屈折率の異なる部分は、前
記発光層の屈折率をｎ、前記発光層の発光波長をλとす
ると、λ／２ｎのピッチで形成されている、請求項３に
記載の発光素子。
【請求項５】前記屈折率の異なる部分は、線状または
点状に設けられている、請求項３または４に記載の発光
素子。